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    真空系统中的常用的几种焊接方式

    责任编辑:品雅真空设备 发表时间:2020-08-17 浏览:35 次

    真空系统中的各部件连接形式多样,焊接是真空设备需要永久性连接时使用的方法。今天就为大家整理了几种真空系统中常用的焊接方法,然后分别来熟悉一下它们。

    1、氩弧焊

    氩弧焊是熔化焊的一种。在普通电弧焊的原理基础上,加入了氩气对金属焊材的保护,通过高电流使焊材在焊基材上融化成液态形成熔池,使被焊金属和焊材达到冶金结合的一种焊接技术。由于在高温熔融焊接中不断送上氩气,使焊材不能和空气中的氧气接触,从而防止了焊材的氧化。

    在真空系统焊接过程中,氩弧焊的焊缝受到氩气保护,焊缝质量比较高。同时热源集中,焊接时的热影响区小,工件变形小,保证了工件的气密性与机械强度。氩弧焊适用于焊接高强度合金钢、有色难熔和化学性质活泼的金属及其合金,也可用于补焊、定位焊、反面成型的打底焊及异种金属的焊接。在真空设备制造中的超高真空不锈钢容器、管道阀门、波纹管连接件、可伐陶瓷封接街头、法兰盘的连接件、钛泵中零部件的连接件,以及许多电真空器件外壳的连接件、零部件点焊、塞焊都广泛采用了氩弧焊。

    氩弧焊可分为不熔化电极氩弧焊和熔化电极氩弧焊,以及手工、半自动、自动氩弧焊等。而真空系统应用中大多采用不熔化电极的手工或半自动氩弧焊。

    2、钎焊

    钎焊是指低于焊件熔点的焊料与焊件同时加热到焊料熔化温度后,由高温液态焊料填满(毛细力作用)被钎焊的固态基金属(钎接金属或称基金属)间的间隙,使被钎焊金属产生结合的一种工艺方法(如果是真空钎焊,焊料熔化要在真空状态下进行)。根据焊料的熔点与强度,钎焊可以分为硬焊与软焊。前者焊料的熔点在500℃以上,接头强度较高;后者焊料的熔点在500℃以下,接头强度较低;根据热源的不同,有辐射炉钎焊、高频钎焊、大电流钎焊、电阻钎焊、火焰钎焊等。

    钎焊与其他焊接相比,具有变形小、基金属性能变化、可同时完成多个零件的连接、并可连接不同金属的优点,可用于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件,但不适用于重载、动载机件的焊接。应用于真空系统工艺中,其焊接的质量取决于焊料的性能,如有良好的熔点、不含高蒸气压的元素、只含极少量的空气与非金属杂质,以及液态焊料对被焊金属具有良好的润湿性、流散性等等。

    为保证良好的真空性能,真空系统工艺中应用到钎焊时,首先要去除去零件表面上的氧化膜、油污、杂质能,增加焊料对零件的润湿性与流散性、毛细流动性,避免加热时释放大量气体,使焊缝产生缺陷;完成零件的退火,去除应力以及内部气;同时对被焊件表面镀膜,加强焊料对基金属的润湿性能,保护和防止基金属氧化,部分条件下还能起到焊料的作用。

    3、电子束焊

    电子束焊是熔化焊的一种,它利用会聚的高速电子束轰击工件接缝,产生热能从而使金属熔合。它包含了机械、真空、高电压和电磁场理论、电子光学、自动控制和计算机等多学科技术。电子束焊按被焊工件所处环境的真空度可分为三种:高真空电子束焊,低真空电子束焊和非真空电子束焊:

    高真空电子束焊在10-4~10-1Pa的压强下进行。良好的真空条件,可以保证对熔池的“保护”防止金属元素的氧化和烧损,适用于活性金属、难熔金属和质量要求高的工件的焊接。

    低真空电子束焊在10-1~10Pa的压强下进行,也具有束流密度和功率密度高的特点。由于只需抽到低真空,缩短了抽真空时间,提高了生产率,适用于批量大的零件的焊接和在生产线上使用。

    非真空电子束焊,其电子束仍是在高真空条件下产生的,然后穿过一组光阑、气阻和若干级预真空小室,射到处于大气压力下的工件上。由于电子束散射强烈,它的电子枪工作距离限制在20~50mm,焊缝深宽比最大也只能达到5:1。但这种方法的优点是不需真空室,因而可以焊接尺寸大的工件,生产率较高。另外近年来,移动式真空室或局部真空电子束焊接方法,既保留了真空电子束高功率密度的优点,又不需要真空室,因而在大型工件的焊接工程上有应用前景。

    4、真空钎焊

    同属于钎焊工艺,真空钎焊与普通钎焊的原理相似,都是利用毛细力的作用使液态钎料在母材表面润湿、铺展与相互溶解、扩散、填缝等实现零件间的连接,不同的是真空钎焊的整个焊接过程是在真空氛围(一般真空度高于2×10-3Pa,预抽极限真空在10-4Pa数量级)下完成的,即:使用夹具将零件夹持在一起,接头周围加上硬焊料,然后在真空炉内加热使焊料熔化流散于缝隙内。真空钎焊与普通钎焊相比,具体的还会产生一个差异:清除表面氧化膜的的形式不同。

    钎焊过程中,不论是真空钎焊还是其他钎焊,金属表面的氧化膜会影响液态钎料对基体金属的润湿性,从而影响钎焊接头的质量。一般的钎焊以钎剂的化学作用或者以还原气氛的还原作用来去除氧化膜,但真空钎焊没有钎剂与还原性气氛的还原作用,利用的是真空低压来去除焊件表面的氧化膜并保护焊件不被氧化,同时避免增碳、脱碳及污染变质现象,提高焊接接头强度。低压同样能排出金属在钎焊温度下释放出来的挥发性气体,使基金属性能得到改善,获得光亮致密的接头。

    此外,因为在真空气氛中不使用钎剂,不会出现气孔、夹杂等缺陷,可以提高基体金属的抗腐蚀性,省掉一般焊接需要的清洗残余焊剂的工序。在真空炉中,真空钎焊可以一次钎焊多到邻近的钎缝,同炉钎焊多个组件,可以大大提高焊接效率,并与热处理工序同步完成。除这些外,真空钎焊可焊接的基本金属多,包括铝合金、钛合金、难熔金属,以及陶瓷玻璃、石墨、金刚石、复合材料等。

    为此,真空钎焊在航空航天、原子能、电气仪表以及石化、汽车等诸多领域中得到了推广与普及。

    5、激光束焊接

    激光束焊接也经常被称为激光焊机、镭射焊机,其下具体还分热传导焊接与深熔焊。它是利用了原子受激辐射的原理,使工作物质受激后产生一种单色性高、方向性强以及亮度高的光束。这个光束经聚焦后可获得极高的能量密度,可达1013W/cm2,可以在千分之几秒甚至更短的时间内,将光能转化成热能,温度可达万摄氏度以上,极易熔化和气化各种对激光有一定吸收能力的金属和非金属材料。为此在工业生产中,会利用激光进行焊接与切割。目前激光束焊接早期主要用于薄壁材料和低速焊接,焊接过程属于热传导型,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量和峰值功率、重复频率等参数,使工件融化,形成特定的熔池,一般用于微小型零件的精密焊接。后来随着高功率的CO2、YAG(掺钕的钇铝石榴石)激光器的出现,获得以小孔效应为理论基础的深熔焊接,在机械、汽车、钢铁等领域也获得了广泛应用。

    作为高能量密度的熔化焊,与电子束焊相比,激光束焊接不需要真空系统,也不会产生X射线辐射危害。与一般的焊接相比,激光束焊接速度快、深度大、变形小,可以在真空、空气机某种气体环境中进行施焊,并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接;可以通过偏转棱镜或光导纤维引导到难以接近的部位进行非接触远距离焊接,并且容易实现光束按时间与空间分光,进行多光束同时加工及多工位加工。

    不过激光束焊接对焊件装配的精度以及光束定位精度要求很高,而且激光器及相关系统的成本较高,造成一次性投资较大。

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